管网流量的测量方法与流程

本发明涉及了一种流量的测量方法，特别是一种管网流量的测量方法。

背景技术：

管网流量监测是海绵城市在线监测系统的重要组成部分，高精度的实时流量测量数据，为径流系数考核、洪水预报及调度等提供重要的数据依据。

目前，对管网流量的监测方法的现状是：

1）目前，管网中常用流量计为单点测流量，而排水管道测量截面的形状固定，当水位发生变化时，测量点的位置不变，则计算的流量时往往存在问题。不同的测量环境及条件下，测量往往不准确。

2）每种流量计均有自己的适用性。管网中常用的流量计为单点流量，大多数为坐底式流量计，需要适用于一定的水深，否则无法测量。但实际排水管中，水位的高低非固定的，因此在实际应用中，受到环境的限制。

3）排水管网实现在线监测的较少，没有太多经验。已有的监测效果也不理想，原因一方面可概括为设备选型、现场的适应性和设备设置存在问题，另一方面数据的传输接口仍采用传统的串口传输方式，而当前主流传输方式为网络传输，以网络监控为主的时代，传统接口逐渐被淘汰，是不便于被集成的。

技术实现要素：

本申请的发明目的是解决上述管网流量存在的问题，而提供一种管网流量的测量方法。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的一种管网流量的测量方法，它在管网的底部放置第一接收器、发射器和第二接收器，第一接收器、发射器和第二接收器沿着管网水流速方向放置，并且第一接收器和第二接收器分别放置在发射器的对称位置上，发射器的发射方向与水流方向垂直，其中：该方法包括以下步骤：

（1）将管网横截面在沿着发射器的发射方向上均匀地分成N份，并且计算出每份的面积，

（2）让发射器在发射方向上发射频率为f₀的超声波，同时第二接收器和第一接收器接收由发射器发射的超声波在水中的反射频率f₁和f₂，同时接收该反射频率所处的发射方向与反射方向的夹角，

（3）根据公式，得到水的流速，将该水的流速乘以该水流速在步骤中每份面积，得到每份面积上的水流量，将每一份面积上的水流量相加，即得到了与发射器垂直的管网横截面上的水流量，其中c为超声波在水中的速度，它与水温相关，在水温为20℃时，C=1492m/s，在水温恒定时，c是相同的。

本发明的管网流量的测量方法，其中：在步骤（2）中，在沿着由发射器2发射出的超声波方向上，超声波在管网横截面上所行走的距离为L, L被分成了N份，该超声波从发射器2到被分成N份的每份中心所需要的时间分别为，第一接收器1和第二接收器3接收从被分成N份的每份中心反射回来的时间分别为，即第一接收器1和第二接收器3接收从发射器2发射超声波算起，时间间隔为所接收到的f₁和f₂及所对应的发射方向与反射方向的夹角α。

本发明的管网流量的测量方法，其中：它还包括：控制器，该控制器分别与第一接收器、发射器和第二接收器相连；

本发明的管网流量的测量方法，其中：所述N为大于3的自然数；

本发明的管网流量的测量方法，其中：所述超声波在水下的速度与水温相关，在水温为20℃时，C=1492m/s。

该方法是基于超声多普勒技术测速，通过对发射信号的调制，接收信号的解调，实现垂向流速的测量。通过垂向流速多层水流速的测量，可精确计算剖面垂向流量。以断面的垂向流速代替传统的单点流速，提高测量流量精度。同时，将获得实时测量水位信息，实时调节垂向测量距离，以适用不同水位下的流量测量。在实时监测中，管网流量计采用以太网作为数据传输的方式，可进行组网同步测量，并在海绵城市在线监测系统中，作为智能化终端，为实时监测提供可靠数据。

附图说明

图1为用于本发明管网流量的测量方法中的一段与河流流向相同的河流剖面示意图；

图2是图1中A-A处的与河流的流向垂直的纵向剖面示意图。

在图1中，标号1为第一接收器；标号2为发射器；标号3为第二接收器；标号4为发射方向；标号5为反射方向；标号6为控制器。

具体实施方式

如图1所示，第一接收器1和第二接收器3在发射器2的两端，为均匀对称关系。测量各个水层的二维流速，即x，y方向流速。首先，发射器2的发射端发射固定频率与固定长度的脉冲信号，该脉冲信号在不同的水层上，遇到水中的运动的反射粒子，则该脉冲信号被反射或散射，分别由第一接收器1和第二接收器3接收。以一定频率发射的脉冲信号遇到运动的反射粒子后，其反射或散射的脉冲信号频率将发生变化。第一接收器1和第二接收器3捕获到反射或散射的脉冲信号后，通过自相关算法，提取该频率的变化，根据公式1） ，即可获得频移，。该公式在论文“Flow and turbulence in sharp open-channel bends”第49页中公开，作者为Koen BLANCKAERT。根据流速公式1) ，分别计算x和y方向二维流速，，如公式2）。

1)

2)

其中C为超声在水下的速度（水温度为20℃，C=1492m/s），α是发射方向4与反射方向5的夹角，f₀为发射器2在发射方向4上发射超声波的频率。

计算流体流量，假设流体通过截面中的某一微小面积为dS，如被分成的1/N中的一份，并将通过该微小面积流体的流速取为v即上述公式1）的v_x时，则流体通过微小面积dS的体积流量dQ为：

本发明的一种管网流量的测量方法，该方法使用以下装置：第一接收器1、发射器2和第二接收器3和控制器6,该控制器6分别与第一接收器1、发射器2和第二接收器3相连，在管网的底部放置第一接收器1、发射器2和第二接收器3，第一接收器1、发射器2和第二接收器3沿着管网水流速方向放置，并且第一接收器1和第二接收器3分别放置在发射器2的对称位置上，发射器2的发射方向4与水流方向垂直，该方法包括以下步骤：

（1）将管网横截面在沿着发射器2的发射方向4上均匀地分成N份，并且计算出每份的面积，其中N为大于3的自然数；

（2）在沿着由发射器2发射出的超声波方向上，超声波在管网横截面上所行走的距离为L, L被分成了N份，该超声波从发射器2到被分成N份的每份中心所需要的时间分别为，第一接收器1和第二接收器3接收从被分成N份的每份中心反射回来的时间分别为，即第一接收器1和第二接收器3接收从发射器2发射超声波算起，时间间隔为的反射频率f₁和f₂及所对应的发射方向4与反射方向5的夹角α。

（3）根据上述第一接收器1和第二接收器3接收到的反射频率f₁和f₂及所对应的发射方向4与反射方向5的夹角α，使用公式，得到分成N份的每份中心的流速，将该水的流速乘以该水流速在步骤（1）中所对应每份面积，得到每份面积上的水流量，将每一份面积上的水流量相加，即得到了与发射器2垂直的管网横截面上的水流量，其中c为所述超声波在水下的速度，它与水温相关，在水温为20℃时，C=1492m/s，操作者可以预先测出水温，查出超声波在水下的速度。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。